CN109305243B - 一种两轮四足机器人 - Google Patents
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Abstract
一种两轮四足机器人，属于机构设计技术领域。所述两轮四足机器人包括底盘，所述底盘的左右两侧分别设置有行走轮，底盘上表面的左右两侧分别设置有与行走轮对应的行走电机、减速器和传动轴，行走轮包括轮支架、轮腿和轮腿驱动装置，轮支架中部设有轮腿驱动装置安装槽，轮支架下部左右两侧对称设置有销轴八安装孔一，两个轮腿驱动装置对称设置在轮支架的左右两侧，轮腿驱动装置包括驱动电机、丝杠座、从动齿轮、主动齿轮、丝杠、螺母滑块和轮腿驱动连杆组件，轮腿包括连接板、轮毂板一、支撑杆、轮毂板二、轮毂板三、轮足、支撑套一、支撑套二和伸缩推杆。所述两轮四足机器人，结构简单、操作方便，其行走轮的轮径较大、腿长可调。
Description
技术领域
本发明涉及机构设计技术领域，特别涉及一种两轮四足机器人。
背景技术
轮形机器人能够在平坦路面快速移动，但一般轮形机器人轮径较小，地形适应能力较差，难以适应崎岖复杂的地形环境；而腿足机器人则具有良好的地形适应能力，既可以在平坦路面行走，又能够在崎岖地形环境中行走，但其行走速度相对较慢。为了充分利用轮形结构和腿形结构的优势，许多学者设计了多款可实现轮形结构与腿形结构相互变换的轮腿复合结构，申请号为201710421366.X和201710425107.4的两个专利公布的轮腿结构变形为腿形结构时，每个轮上伸出三条支腿，行走时只有一腿着地，存在占用空间大、腿长较短、越障能力差等问题；申请号为201710271962.4的专利公布的轮腿结构变形为腿形结构时，结构较为简单，但存在腿长较短且不可调节、承载能力较差等问题；申请号为201710540279.6的专利公布的轮腿结构变形为腿形结构时，腿长较长、承载能力较大，但存在结构复杂、传动件多，制造难度大等问题；因此，在已公开的轮腿结构文献之中，普遍存在腿长较短、越障能力差、结构复杂、制造困难等问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种两轮四足机器人，结构简单、操作方便，其行走轮的轮径较大、腿长可调。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种两轮四足机器人，包括底盘，所述底盘的左右两侧分别设置有行走轮，底盘上表面的左右两侧分别设置有与行走轮对应的行走电机、减速器和传动轴，所述减速器固设在底盘上，减速器输入轴与行走电机输出轴键连接，减速器输出轴与传动轴的一端键连接，传动轴的另一端与行走轮连接，所述行走轮包括轮支架、轮腿和轮腿驱动装置；
所述轮支架为左右对称结构，轮支架上部设有传动轴安装孔二，轮支架中部设有轮腿驱动装置安装槽，轮支架下部左右两侧对称设置有销轴八安装孔一，用于与轮腿连接；
两个所述轮腿驱动装置对称设置在轮支架的左右两侧，所述轮腿驱动装置包括设置在轮腿驱动装置安装槽内的驱动电机、丝杠座、从动齿轮、主动齿轮、丝杠和螺母滑块，以及设置在轮腿驱动装置安装槽外的轮腿驱动连杆组件，所述丝杠座的一侧与轮支架连接，另一侧与丝杠连接，丝杠座上固设有驱动电机，所述驱动电机的电机轴与主动齿轮固定连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与丝杠固定连接，所述丝杠与螺母滑块垂直设置，所述螺母滑块为对称结构，丝杠穿过螺母滑块对称中心处的螺纹孔，螺母滑块可沿丝杠上下移动，螺母滑块两侧通过连接销轴与轮腿驱动连杆组件铰接，以实现轮腿收缩成轮形或者展开成腿形；
所述轮腿包括连接板、轮毂板一、支撑杆、轮毂板二、轮毂板三、轮足、支撑套一、支撑套二和伸缩推杆，所述连接板分别与轮支架、伸缩推杆远离其伸出端的一端和轮毂板一的一端连接，所述伸缩推杆的伸出端依次穿过支撑套二和支撑套一，且与轮足铰接，支撑套二和支撑套一分别与伸缩推杆的伸出端滑动连接，所述轮毂板一的另一端依次与轮毂板二、轮毂板三和支撑套一铰接，所述支撑杆的一端与轮毂板一的另一端铰接，支撑杆的另一端与支撑套二铰接。
所述轮腿驱动连杆组件包括平行设置的两个杠杆和两个连杆，所述杠杆为L形结构，杠杆的中间拐点处远离杠杆长边的一侧设置有凸起，两个杠杆的凸起分别通过连接销轴与螺母滑块铰接，两个杠杆短边的端部通过销轴三连接，且安装在轮支架上，每个杠杆的长边端部通过销轴二与连杆的一端铰接，两个连杆的另一端通过销轴一连接，且安装在轮腿上。
所述丝杠座通过销轴四与轮支架连接，所述连接板通过销轴五与轮毂板一铰接，所述伸缩推杆远离其伸出端的一端通过销轴七与连接板固定连接，伸缩推杆的伸出端通过销轴六与轮足铰接，所述连接板通过销轴八铰接安装于轮支架上。
所述轮支架中部的左右两侧对称设置有销轴三安装孔，所述轮腿驱动装置安装槽的上部左右两侧对称设置有销轴四安装孔一，所述丝杠座上设置有销轴四安装孔二、丝杠安装孔、驱动电机轴孔和驱动电机安装孔，所述连接板上设置有销轴八安装孔二、销轴五安装孔、销轴一安装孔和销轴七安装孔。
所述底盘设置有减速器安装孔和传动轴安装孔一。
所述轮毂板一、轮毂板二和轮毂板三均为弧形结构。
本发明中的有益效果：
本发明的一种两轮四足机器人可以变换为两轮形式的轮式机器人，能够在平坦路面的快速行走，且其轮径尺寸较大，路面适应能力较强；两轮四足机器人也可以变换为四足形式的腿足机器人，四个腿足独立驱动，能够在崎岖路面的快速行走，腿长较长且可以调节，越障能力较强；行走轮的轮腿驱动装置采用连杆机构，结构简单、易于制造。
附图说明
图1是本发明提供的一种两轮四足机器人变换为两轮机器人时的结构示意图；
图2是本发明提供的一种两轮四足机器人变换为四足机器人时的结构示意图；
图3是本发明提供的一种两轮四足机器人的底盘结构示意图；
图4是本发明提供的行走轮为轮形结构时的示意图；
图5是本发明提供的行走轮为腿形结构时的示意图；
图6是本发明提供的轮支架的结构示意图；
图7是本发明提供的轮腿驱动装置的结构示意图；
图8是本发明提供的丝杠座的结构示意图；
图9是本发明提供的螺母滑块的结构示意图；
图10是本发明提供的轮腿结构示意图；
图11是本发明提供的轮腿展开时的结构示意图；
图12是本发明提供的连接板的结构示意图。
其中，
1、底盘，2、行走电机，3、减速器，4、传动轴，5、行走轮，1-1、减速器安装孔，1-2、传动轴安装孔一，5-1、轮支架，5-2、轮腿驱动装置，5-3、轮腿，5-1-1、传动轴安装孔二，5-1-2、销轴四安装孔一，5-1-3、销轴三安装孔，5-1-4、销轴八安装孔一，5-2-1、驱动电机，5-2-2、丝杠座，5-2-3、主动齿轮，5-2-4、从动齿轮，5-2-5、丝杠，5-2-6、螺母滑块，5-2-7、杠杆，5-2-8、连杆，5-2-9、销轴一，5-2-10、销轴二，5-2-11、销轴三，5-2-12、销轴四，5-2-2-1、销轴四安装孔二，5-2-2-2、丝杠安装孔，5-2-2-3、驱动电机轴孔，5-2-2-4、驱动电机安装孔，5-2-6-1、螺纹孔，5-2-6-2、连接销轴，5-3-1、连接板，5-3-2、销轴五，5-3-3、轮毂板一，5-3-4、支撑杆，5-3-5、轮毂板二，5-3-6、轮毂板三，5-3-7、轮足，5-3-8、销轴六，5-3-9、支撑套一，5-3-10、支撑套二，5-3-11、伸缩推杆，5-3-12、销轴七，5-3-13、销轴八，5-3-1-1、销轴八安装孔二，5-3-1-2、销轴五安装孔，5-3-1-3、销轴一安装孔，5-3-2-4、销轴七安装孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“一”、“二”、“三”、“四”只用于区分各个部件，并不代表前后顺序。术语“上”、“下”、“左”、“右”“前”、“后”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图12所示，本发明提供了一种两轮四足机器人，包括底盘1，底盘1的左右两侧分别设置有行走轮5，底盘1上表面的左右两侧分别设置有与行走轮5对应的行走电机2、减速器3和传动轴4，减速器3固设在底盘1上，减速器3输入轴与行走电机2输出轴键连接，减速器3输出轴与传动轴4的一端键连接，传动轴4的另一端与行走轮5连接，行走轮5包括轮支架5-1、轮腿5-3和轮腿驱动装置5-2。本发明中，两轮四足机器人包括一个底盘1，两个行走电机2、两个减速器3、两个传动轴4和两个行走轮5，两个行走轮5分别设置在底盘1的左右两侧，两个行走电机2、两个减速器3和两个传动轴4均设置在底盘1上，行走电机2固定安装于减速器3上，减速器3固定安装于底盘1上，传动轴4通过轴承支撑安装于底盘1上，其一端与减速器3连接，另一端与行走轮5固定连接。
轮支架5-1为左右对称结构，轮支架5-1上部设有传动轴安装孔二5-1-1，轮支架5-1中部设有轮腿驱动装置安装槽，轮支架5-1下部左右两侧对称设置有销轴八安装孔一5-1-4，用于与轮腿5-3连接；
两个轮腿驱动装置5-2对称设置在轮支架5-1的左右两侧，轮腿驱动装置5-2包括设置在轮腿驱动装置安装槽内的驱动电机5-2-1、丝杠座5-2-2、从动齿轮5-2-4、主动齿轮5-2-3、丝杠5-2-5和螺母滑块5-2-6，以及设置在轮腿驱动装置安装槽外的轮腿驱动连杆组件，丝杠座5-2-2的一侧与轮支架5-1连接，另一侧与丝杠5-2-5连接，丝杠座5-2-2上固设有驱动电机5-2-1，驱动电机5-2-1的电机轴与主动齿轮5-2-3固定连接，主动齿轮5-2-3与从动齿轮5-2-4啮合，从动齿轮5-2-4与丝杠5-2-5固定连接，丝杠5-2-5与螺母滑块5-2-6垂直设置，螺母滑块5-2-6为对称结构，丝杠5-2-5穿过螺母滑块5-2-6对称中心处的螺纹孔5-2-6-1，螺母滑块5-2-6可沿丝杠5-2-5上下移动，螺母滑块5-2-6两侧通过连接销轴5-2-6-2与轮腿驱动连杆组件铰接，以实现轮腿5-3收缩成轮形或者展开成腿形；
轮腿5-3包括连接板5-3-1、轮毂板一5-3-3、支撑杆5-3-4、轮毂板二5-3-5、轮毂板三5-3-6、轮足5-3-7、支撑套一5-3-9、支撑套二5-3-10和伸缩推杆5-3-11，连接板5-3-1分别与轮支架5-1、伸缩推杆5-3-11远离其伸出端的一端和轮毂板一5-3-3的一端连接，伸缩推杆5-3-11的伸出端依次穿过支撑套二5-3-10和支撑套一5-3-9，且与轮足5-3-7铰接，支撑套二5-3-10和支撑套一5-3-9分别与伸缩推杆5-3-11的伸出端滑动连接，轮毂板一5-3-3的另一端依次与轮毂板二5-3-5、轮毂板三5-3-6和支撑套一5-3-9铰接，支撑杆5-3-4的一端与轮毂板一5-3-3的另一端铰接，支撑杆5-3-4的另一端与支撑套二5-3-10铰接。本发明中，底盘1设置有减速器安装孔1-1和传动轴安装孔一1-2；轮腿驱动装置安装槽的上部左右两侧对称设置有销轴四安装孔一5-1-2，丝杠座5-2-2上设置有销轴四安装孔二5-2-2-1、丝杠安装孔5-2-2-2、驱动电机轴孔5-2-2-3和驱动电机安装孔5-2-2-4，连接板5-3-1上设置有销轴八安装孔二5-3-1-1、销轴五安装孔5-3-1-2、销轴一安装孔5-3-1-3和销轴七安装孔5-3-2-4；丝杠座5-2-2通过销轴四5-2-12与轮支架5-1连接，连接板5-3-1通过销轴五5-3-2与轮毂板一5-3-3铰接，伸缩推杆5-3-11远离其伸出端的一端通过销轴七5-3-12与连接板5-3-1固定连接，伸缩推杆5-3-11的伸出端通过销轴六5-3-8与轮足5-3-7铰接，连接板5-3-1通过销轴八5-3-13铰接安装于轮支架5-1上。
本发明中，每个轮支架5-1与两个轮腿5-3连接，每个轮腿5-3与一个轮腿驱动装置5-2连接，实现四个腿足独立驱动，能够在崎岖路面的快速行走，轮支架5-1以竖直方向的直线为对称轴的对称结构，其上部设有传动轴安装孔二5-1-1，用以与传动轴4的另一端连接，其中部设有两个销轴四安装孔一5-1-2和两个销轴三安装孔5-1-3，分别用以与两个轮腿驱动装置5-2连接，其下部设置有两个销轴八安装孔一5-1-4，分别用于与两个轮腿5-3连接。
本发明中，主动齿轮5-2-3套设在驱动电机5-2-1的电机轴上，从动齿轮5-2-4套设在丝杠5-2-5上，丝杠5-2-5远离驱动电机5-2-1的一端倾斜设置，随着轮腿5-3的运动而运动。
本发明中，伸缩推杆5-3-11采用电动推杆，为现有技术，采用伸缩推杆5-3-11使两轮四组机器人的腿长较长且可以调节，提高越障能力。轮毂板一5-3-3、轮毂板二5-3-5和轮毂板三5-3-6均为弧形结构，其中，轮毂板一5-3-3的弧形中心角角度范围为50-70度，轮毂板二5-3-5的弧形中心角角度范围为23-43度，轮毂板三5-3-6的弧形中心角角度范围为15-35度，轮毂板一5-3-3、轮毂板二5-3-5和轮毂板三5-3-6的弧形中心角角度范围还受到轮足5-3-7尺寸大小的影响，同一个行走轮5的两个轮腿的轮毂板一5-3-3、轮毂板二5-3-5和轮毂板三5-3-6在行走轮5变换为轮形时分别收缩成围成弧，即两个弧与轮支架5-1共同组成行走轮5的一个轮，在行走轮5变换为腿形时展开成腿，且同一个行走轮5的两个轮腿5-3上的轮毂板一5-3-3、轮毂板二5-3-5和轮毂板三5-3-6不发生干涉。两轮四足机器人变换为两轮形式的轮式机器人时，具有结构简单、轮径尺寸较大的特点，并且每个轮腿5-3的伸缩推杆5-3-11与轮毂板一5-3-3和支撑杆5-3-4形成类似三角形结构，两个轮腿5-3的伸缩推杆5-3-11与轮支架5-1的下部形成类似三角形结构，提高了轮的稳定性。轮支架5-1的左右两侧的侧面对称开设有槽，为了保证轮支架5-1与轮腿5-3连接处的受力均匀，在安装时，连接板5-3-1插入槽中，销轴八5-3-13穿过销轴八安装孔一5-1-4和销轴八安装孔二5-3-1-1将轮腿5-3与轮支架5-1铰接。
轮腿驱动连杆组件包括平行设置的两个杠杆5-2-7和两个连杆5-2-8，杠杆5-2-7为L形结构，杠杆5-2-7的中间拐点处远离杠杆5-2-7长边的一侧设置有凸起，两个杠杆5-2-7的凸起分别通过连接销轴5-2-6-2与螺母滑块5-2-6铰接，两个杠杆5-2-7短边的端部通过销轴三5-2-11连接，且安装在轮支架5-1上，每个杠杆5-2-7的长边端部通过销轴二5-2-10与连杆5-2-8的一端铰接，两个连杆5-2-8的另一端通过销轴一5-2-9连接，且安装在轮腿5-3上。本发明中，轮支架5-1中部的左右两侧对称设置有销轴三安装孔5-1-3，连接板5-3-1上设置有销轴一安装孔5-3-1-3，轮腿驱动连杆组件结构简单、易于制造、使受力平稳。
本发明中的一种两轮四足机器人变换为四足机器人结构的方法是：两个行走轮5的轮腿驱动装置5-2的驱动电机5-2-1带动主动齿轮5-2-3转动，主动齿轮5-2-3通过从动齿轮5-2-4带动丝杠5-2-5转动，丝杠5-2-5驱动螺母滑块5-2-6向上移动，带动杠杆5-2-7绕销轴三5-2-11摆动，杠杆5-2-7通过连杆5-2-8和销轴一5-2-9带动轮腿5-3逐渐展开；
当四个轮腿5-3展开至轮足5-3-7接触地面后，随着轮腿5-3的逐渐展开，伸缩推杆5-3-11的伸出端逐渐伸出，当轮腿5-3展开到适当位置时停止展开，伸缩推杆5-3-11的伸出端伸出到合适位置时停止伸出，此时四个伸缩推杆5-3-11伸出端末端的轮足5-3-7与地面接触，四个伸缩推杆5-3-11支撑机器人，形成四足式机器人结构，机器人腿长可以通过调节伸缩推杆5-3-11的伸出长度进行调节。
本发明中的一种两轮四足机器人变换为四足机器人时的行进方法是：机器人变换为四足式结构后，两个行走电机2静止不转动，使行走轮5的轮支架5-1与底盘1保持相对静止状态；四个伸缩推杆5-3-11构成的机器人四条腿，均是由各自独立的轮腿驱动装置5-2驱动的，机器人四条腿中的三条腿不动，另外一条腿的轮腿驱动装置5-2的驱动电机5-2-1转动，带动轮腿5-3摆动，同时调节该腿伸缩推杆5-3-11的伸出长度，实现一条腿向前或向后迈出一步；四条腿轮换以上动作，即可实现机器人四足式前进或后退。
本发明中的一种两轮四足机器人变换为两轮机器人结构的方法是：两个行走轮5的轮腿5-3的伸缩推杆5-3-11逐渐收缩，驱动电机5-2-1带动主动齿轮5-2-3反向转动，主动齿轮5-2-3通过从动齿轮5-2-4带动丝杠5-2-5反向转动，丝杠5-2-5驱动螺母滑块5-2-6向下移动，带动杠杆5-2-7绕销轴三5-2-11摆动，杠杆5-2-7通过连杆5-2-8、销轴一5-2-9带动轮腿5-3逐渐收缩；当伸缩推杆5-3-11收缩完成后，轮腿5-3形成一个圆弧形状，当驱动电机5-2-1带动轮腿5-3收缩完成后，每个行走轮5的两个轮腿5-3与轮支架5-1合并成一个圆形的行走轮5。
本发明中的一种两轮四足机器人变换为两轮机器人时的行进方法是：机器人变换为两轮式结构后，行走电机2转动通过减速器3、传动轴4带动行走轮5转动，若两个行走轮5同向同速转动，则机器人沿直线行进；若两个行走轮5同向不同速转动，则机器人将大半径转弯；若机器人一个行走轮5转动，另一个行走轮5不转动，则机器人直角转弯；若两个行走轮5反向同速转动，则机器人原地转弯，即调节两个行走轮5的转向与转速，可实现机器人两轮式前进、后退和转弯。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种两轮四足机器人，其特征在于，包括底盘，所述底盘的左右两侧分别设置有行走轮，底盘上表面的左右两侧分别设置有与行走轮对应的行走电机、减速器和传动轴，所述减速器固设在底盘上，减速器输入轴与行走电机输出轴键连接，减速器输出轴与传动轴的一端键连接，传动轴的另一端与行走轮连接，所述行走轮包括轮支架、轮腿和轮腿驱动装置；
所述轮支架为左右对称结构，轮支架上部设有传动轴安装孔二，轮支架中部设有轮腿驱动装置安装槽，轮支架下部左右两侧对称设置有销轴八安装孔一，用于与轮腿连接；
两个所述轮腿驱动装置对称设置在轮支架的左右两侧，所述轮腿驱动装置包括设置在轮腿驱动装置安装槽内的驱动电机、丝杠座、从动齿轮、主动齿轮、丝杠和螺母滑块，以及设置在轮腿驱动装置安装槽外的轮腿驱动连杆组件，所述丝杠座的一侧与轮支架连接，另一侧与丝杠连接，丝杠座上固设有驱动电机，所述驱动电机的电机轴与主动齿轮固定连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮与丝杠固定连接，所述丝杠与螺母滑块垂直设置，所述螺母滑块为对称结构，丝杠穿过螺母滑块对称中心处的螺纹孔，螺母滑块可沿丝杠上下移动，螺母滑块两侧通过连接销轴与轮腿驱动连杆组件铰接，以实现轮腿收缩成轮形或者展开成腿形；
所述轮腿包括连接板、轮毂板一、支撑杆、轮毂板二、轮毂板三、轮足、支撑套一、支撑套二和伸缩推杆，所述连接板分别与轮支架、伸缩推杆远离其伸出端的一端和轮毂板一的一端连接，所述伸缩推杆的伸出端依次穿过支撑套二和支撑套一，且与轮足铰接，支撑套二和支撑套一分别与伸缩推杆的伸出端滑动连接，所述轮毂板一的另一端依次与轮毂板二、轮毂板三和支撑套一铰接，所述支撑杆的一端与轮毂板一的另一端铰接，支撑杆的另一端与支撑套二铰接。
2.根据权利要求1所述的两轮四足机器人，其特征在于，所述轮腿驱动连杆组件包括平行设置的两个杠杆和两个连杆，所述杠杆为L形结构，杠杆的中间拐点处远离杠杆长边的一侧设置有凸起，两个杠杆的凸起分别通过连接销轴与螺母滑块铰接，两个杠杆短边的端部通过销轴三连接，且安装在轮支架上，每个杠杆的长边端部通过销轴二与连杆的一端铰接，两个连杆的另一端通过销轴一连接，且安装在轮腿上。
3.根据权利要求1所述的两轮四足机器人，其特征在于，丝杠座通过销轴四与轮支架连接，所述连接板通过销轴五与轮毂板一铰接，所述伸缩推杆远离其伸出端的一端通过销轴七与连接板固定连接，伸缩推杆的伸出端通过销轴六与轮足铰接，所述连接板通过销轴八铰接安装于轮支架上。
4.根据权利要求1所述的两轮四足机器人，其特征在于，所述轮支架中部的左右两侧对称设置有销轴三安装孔，所述轮腿驱动装置安装槽的上部左右两侧对称设置有销轴四安装孔一，所述丝杠座上设置有销轴四安装孔二、丝杠安装孔、驱动电机轴孔和驱动电机安装孔，所述连接板上设置有销轴八安装孔二、销轴五安装孔、销轴一安装孔和销轴七安装孔。
5.根据权利要求1所述的两轮四足机器人，其特征在于，所述底盘设置有减速器安装孔和传动轴安装孔一。
6.根据权利要求1所述的两轮四足机器人，其特征在于，所述轮毂板一、轮毂板二和轮毂板三均为弧形结构。
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